EP3980685B1 - Bloc optique de véhicule à lentille externe chauffée par des photons infrarouges - Google Patents

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EP3980685B1
EP3980685B1 EP20739751.4A EP20739751A EP3980685B1 EP 3980685 B1 EP3980685 B1 EP 3980685B1 EP 20739751 A EP20739751 A EP 20739751A EP 3980685 B1 EP3980685 B1 EP 3980685B1
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EP
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photons
optical block
source
front face
lens
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Guillaume Royer
Valerie Molto
Frederic Chuffart
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Stellantis Auto SAS
Original Assignee
PSA Automobiles SA
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Publication date
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    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/25—Projection lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q1/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor
    • B60Q1/0017—Devices integrating an element dedicated to another function
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    • F21S41/275—Lens surfaces, e.g. coatings or surface structures
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/60—Heating of lighting devices, e.g. for demisting

Definitions

  • the invention relates to optical units intended to be fitted to vehicles and devoid of protective glass.
  • a vehicle optical unit devoid of protective glass at the interface with the outside air, comprises a source of visible photons, an internal lens providing a first shaping of the photons, and an external lens providing a second shaping of the photons from the internal lens and delivering these shaped photons on a front face in contact with the outside air.
  • the front face of the external lens performing the function of protective ice is therefore cooled by the outside air, and therefore, when the latter is cold (typically below 5°C), ice or snow can settle on it, which can degrade the characteristics of each photometric lighting or signaling function that its optical unit provides.
  • We are therefore forced to heat this external lens if we want to keep the characteristics of the photometric functions constant, in particular when it comes to a main beam function, a dipped beam function (or dipped beam) or a fog lamp function.
  • the object of the invention is therefore in particular to improve the situation in the case of an optical unit devoid of protective glass.
  • an optical unit intended to equip a vehicle and comprising a first source delivering first photons in the visible range, an internal lens ensuring a first shaping of the first photons, an outer lens ensuring a second shaping of the first photons coming from the internal lens and delivering these first shaped photons on a front face in contact with an outside air, and a second source delivering second photons in the infrared range.
  • This optical block is characterized in that its outer lens is produced by bi-injection in a central part of a first material transparent to the first and second photons, and in a peripheral part at least partially surrounding the central part of a second material absorbing the second photons to produce thermal energy inducing a increase in a temperature of the external lens capable of preventing the deposit of ice or snow on its front face.
  • the central part is heated in a fairly homogeneous way (in its mass (or its thickness)), by conduction, which makes it possible to prevent the deposit of ice or snow on its front face.
  • the invention also proposes a vehicle, optionally of the automotive type, and comprising at least one optical unit of the type presented above.
  • the object of the invention is in particular to propose an optical unit BO intended to equip a vehicle, and devoid of protective glass but provided with effective heating means to prevent the deposit of ice or snow on its front face FV.
  • the optical unit BO is intended to equip a vehicle of the automobile type, such as for example a car.
  • the invention is not limited to this type of vehicle. Indeed, it relates to any vehicle (land, sea (or river), or air) having to include at least one optical unit having to provide at least one photometric lighting and/or signaling function.
  • the optical unit BO performs at least one photometric lighting function. But it could provide at least one photometric signaling function or else at least one photometric lighting function and at least one photometric signaling function.
  • the photometric signaling function can be a main beam function or a dipped beam (or low beam) function or even a fog lamp function.
  • FIG. 1 Schematically represented on the figure 1 an exemplary embodiment of an optical unit BO according to the invention installed in a front part of a vehicle where it constitutes a headlight (or headlight).
  • an optical unit BO comprises at least a first source S1, an internal lens LI, an external lens LE and a second source S2.
  • the optical block BO also comprises a housing BB in which are notably installed the first S1 and second S2 sources and the internal and external lenses LI and LE.
  • This BB box can, for example, be made of plastic. But it could also be made of metal.
  • the first source S1 is arranged so as to deliver (or emit) first photons whose wavelengths belong to the visible range.
  • this first source S1 can comprise at least one light-emitting diode (or LED (“Light Emitting Diode”)) or at least one laser diode.
  • it could comprise at least one lamp (possibly xenon).
  • the optical unit BO can also comprise a printed circuit board CC, possibly of the PCB (“Printed Circuit Board”) type, and on which the first source S1 is installed.
  • This printed circuit board CC is fixedly attached to an internal face of the casing BB.
  • the internal lens LI is arranged so as to ensure a first shaping of the first photons which come from the first source S1.
  • the optical block BO can also comprise a reflector RP responsible for reflecting the first photons emitted by the first source S1 towards the internal lens LI.
  • This reflector RP is fixedly attached to the internal face of the housing BB.
  • the outer lens LE is arranged so as to ensure a second shaping of the first photons which come from the inner lens LI and to deliver these first shaped photons on a front face FV which is in contact with the outside air (and therefore which provides the interface with the latter). It will be understood that these first photons which exit through the front face FV are those which ensure, here, at least one photometric lighting and/or signaling function.
  • the second source S2 is arranged so as to deliver second photons whose wavelengths belong to the infrared range, in the direction of the rear face of the external lens LE (opposite to its front face FV), so that they cooperate with this external lens LE.
  • this second source S2 can comprise at least one light-emitting diode (or LED) or at least one laser diode.
  • this second source S2 can emit second photons having a wavelength equal to 940 nm or 1670 nm.
  • the outer lens LE is also produced by bi-injection of a first material in a central part PC and a second material in a peripheral part PP at least partially surrounding this central part PC, as illustrated in the figures 1 and 2 .
  • the first material is transparent for the first and second photons (and therefore lets them pass without absorbing them).
  • it can have a crystal color.
  • it may be polycarbonate (or PC (in particular a “PC clear”)) or polymethyl methacrylate (or PMMA) plexiglass.
  • the second material absorbs the second photons to produce thermal energy which induces an increase in the temperature of the external lens LE capable of preventing the deposit of ice or snow on its front face FV.
  • the second photons are converted into thermal energy in the mass (or the thickness) of the external lens LE, at the periphery (PP) of the latter (LE), and this thermal energy is propagated by conduction in the mass (or the thickness) of the central part PC by heating it fairly evenly, thus preventing the deposit of ice or snow on its front face FV.
  • the second material may have a black color. This increases the efficiency of converting second photons into thermal energy because the black absorbs the energy.
  • the second material can, for example, be identical to the first material, with the exception of its color which must then cause the absorption of the second infrared photons. But in a variant the second material could be different from the first material (with or without the same color as that of the latter), and in this case one of the physical properties is the absorption of the second infrared photons.
  • it may, for example, be polycarbonate (in particular a “PC black”)) or polymethyl methacrylate.
  • the peripheral part PP of the outer lens LE can entirely surround the central part PC. This makes it possible to increase the efficiency of the heating of the outer lens LE, because the conversion of the second photons into thermal energy then takes place over the entire periphery of the outer lens LE.
  • the second source S2 can be installed in a zone which is located eccentrically between the internal and external lenses LI and LE. This eccentric positioning with respect to the optical axis of the optical block BO makes it possible to make the second source S2 almost invisible from the outside, while avoiding having to use another reflector to reflect the second photons towards the rear face of the external lens LE.
  • the front face FV of the outer lens LE can be coated in at least part of the central part PC with carbon black (or carbon) NF.
  • This lampblack (or carbon) NF absorbs the second photons to produce thermal energy which induces an increase in the temperature of the external lens LE capable of preventing the deposit of ice or snow on its front face FV. It will be understood that this also makes it possible to use for heating the second photons which do not pass through the peripheral part PP and which would be lost because they are not absorbed by the first material of the central part PC. This option therefore makes it possible to increase the efficiency of the heating of the external lens LE.
  • carbon black NF can be injected directly into the first material to prevent it from being damaged by external attacks (rain, snow, stones, washing).
  • the operation of the second source S2 can be triggered as soon as the temperature outside the vehicle is below a predefined threshold.
  • this threshold can be between 3°C and 6°C.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

    Domaine technique de l'invention
  • L'invention concerne les blocs optiques destinés à équiper des véhicules et dépourvus de glace de protection.
    • Etat de la technique
  • Comme le sait l'homme de l'art, un bloc optique de véhicule, dépourvu de glace de protection à l'interface avec l'air extérieur, comprend une source de photons visibles, une lentille interne assurant une première mise en forme des photons, et une lentille externe assurant une seconde mise en forme des photons issus de la lentille interne et délivrant ces photons mis en forme sur une face avant au contact de l'air extérieur.
  • La face avant de la lentille externe assurant la fonction de glace de protection, elle est donc refroidie par l'air extérieur, et donc, lorsque ce dernier est froid (typiquement inférieur à 5°C), de la glace ou de la neige peut se déposer sur elle, ce qui peut dégrader les caractéristiques de chaque fonction photométrique d'éclairage ou de signalisation que son bloc optique assure. On est donc contraint de réchauffer cette lentille externe si l'on veut maintenir constantes les caractéristiques des fonctions photométriques, en particulier lorsqu'il s'agit d'une fonction de feu de route, d'une fonction de feu de croisement (ou code) ou d'une fonction de feu antibrouillard.
  • Actuellement ce réchauffage se fait activement au moyen de résistances chauffantes situées à proximité, ou au contact, de la partie périphérique de la lentille externe, ce qui augmente l'encombrement du bloc optique, complexifie l'électrification interne et les circuits de commande de ce dernier, et peut dégrader l'esthétisme.
  • Il a certes été proposé, notamment dans le document brevet DE-A1 102010013559 , d'équiper certains blocs optiques de véhicule d'un autre type de moyen de chauffage, et plus précisément d'une source délivrant des photons infrarouges. Cependant, il s'agit d'un bloc optique ne comprenant qu'une lentille interne avec en aval une glace de protection munie sur sa face arrière d'un matériau absorbant les photons infrarouges. Cette solution n'est donc pas applicable aux blocs optiques dépourvus de glace de protection, et de surcroît son efficacité est relativement faible du fait que le chauffage induit par l'absorption des photons infrarouges se fait en surface (dans la fine couche de matériau absorbant déposée sur la face arrière) et non pas dans la masse.
  • L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation dans le cas d'un bloc optique dépourvu de glace de protection.
    • Présentation de l'invention
  • Elle propose notamment à cet effet un bloc optique destiné à équiper un véhicule et comprenant une première source délivrant des premiers photons dans le domaine visible, une lentille interne assurant une première mise en forme des premiers photons, une lentille externe assurant une seconde mise en forme des premiers photons issus de la lentille interne et délivrant ces premiers photons mis en forme sur une face avant au contact d'un air extérieur, et une seconde source délivrant des seconds photons dans le domaine infrarouge.
  • Ce bloc optique se caractérise par le fait que sa lentille externe est réalisée par bi-injection dans une partie centrale d'une première matière transparente aux premiers et seconds photons, et dans une partie périphérique entourant au moins partiellement la partie centrale d'une seconde matière absorbant les seconds photons pour produire de l'énergie thermique induisant une augmentation d'une température de la lentille externe propre à empêcher le dépôt de glace ou de neige sur sa face avant.
  • Grâce à cette production d'énergie thermique dans la masse (ou l'épaisseur) de la lentille externe (par conversion des seconds photons), on réchauffe de façon assez homogène la partie centrale (dans sa masse (ou son épaisseur)), par conduction, ce qui permet d'empêcher le dépôt de glace ou de neige sur sa face avant.
  • Le bloc optique selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
    • la seconde matière peut avoir une couleur noire ;
    • la partie périphérique de la lentille externe peut entourer entièrement la partie centrale ;
    • sa seconde source peut être installée dans une zone située de façon excentrée entre ses lentilles interne et externe ;
    • sa seconde source peut émettre des seconds photons ayant une longueur d'onde égale à 940 nm ou 1670 nm ;
    • sa seconde source peut comprendre au moins une diode électroluminescente (ou LED) ;
    • la face avant de sa lentille externe peut être revêtue dans une partie au moins de la partie centrale de noir de fumée absorbant les seconds photons pour produire de l'énergie thermique induisant une augmentation de la température de la lentille externe propre à empêcher le dépôt de glace ou de neige sur la face avant ;
    • il peut constituer un projecteur assurant avec les premiers photons délivrés par la face avant de sa lentille externe au moins une fonction photométrique d'éclairage et/ou de signalisation.
  • L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant au moins un bloc optique du type de celui présenté ci-avant.
    • Brève description des figures
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
    • [Fig. 1] illustre schématiquement, dans une vue en perspective, un exemple de réalisation d'un bloc optique selon l'invention, et
    • [Fig. 2] illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue en coupe, un exemple de réalisation d'un bloc optique selon l'invention.
    Description détaillée de l'invention
  • L'invention a notamment pour but de proposer un bloc optique BO destiné à équiper un véhicule, et dépourvu de glace de protection mais muni de moyens de chauffage efficaces pour éviter le dépôt de glace ou de neige sur sa face avant FV.
  • Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le bloc optique BO est destiné à équiper un véhicule de type automobile, comme par exemple une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule. En effet, elle concerne n'importe quel véhicule (terrestre, maritime (ou fluvial), ou aérien) devant comprendre au moins un bloc optique devant assurer au moins une fonction photométrique d'éclairage et/ou de signalisation.
  • Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que le bloc optique BO assure au moins une fonction photométrique d'éclairage. Mais il pourrait assurer au moins une fonction photométrique de signalisation ou bien au moins une fonction photométrique d'éclairage et au moins une fonction photométrique de signalisation. Par exemple, la fonction photométrique de signalisation peut être une fonction de feu de route ou une fonction de feu de croisement (ou code) ou encore une fonction de feu antibrouillard.
  • On a schématiquement représenté sur la figure 1 un exemple de réalisation d'un bloc optique BO selon l'invention installé dans une partie avant d'un véhicule où il constitue un projecteur (ou phare).
  • Comme cela apparaît mieux sur la figure 2, un bloc optique BO, selon l'invention, comprend au moins une première source S1, une lentille interne LI, une lentille externe LE et une seconde source S2.
  • De préférence, et comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, le bloc optique BO comprend aussi un boîtier BB dans lequel sont notamment installées les première S1 et seconde S2 sources et les lentilles interne LI et externe LE. Ce boîtier BB peut, par exemple, être réalisé en matière plastique. Mais il pourrait aussi être réalisé en métal.
  • La première source S1 est agencée de manière à délivrer (ou émettre) des premiers photons dont les longueurs d'onde appartiennent au domaine visible. Par exemple, cette première source S1 peut comprendre au moins une diode électroluminescente (ou LED (« Light Emitting Diode »)) ou au moins une diode laser. En variante, elle pourrait comprendre au moins une lampe (éventuellement au xénon).
  • Egalement par exemple, et comme illustré non limitativement sur la figure 2, le bloc optique BO peut aussi comprendre une carte à circuits imprimés CC, éventuellement de type PCB (« Printed Circuit Board »), et sur laquelle est installée la première source S1. Cette carte à circuits imprimés CC est solidarisée fixement à une face interne du boîtier BB.
  • La lentille interne LI est agencée de manière à assurer une première mise en forme des premiers photons qui sont issus de la première source S1.
  • Par exemple, et comme illustré non limitativement sur la figure 2, le bloc optique BO peut aussi comprendre un réflecteur RP chargé de réfléchir les premiers photons émis par la première source S1 vers la lentille interne LI. Ce réflecteur RP est solidarisé fixement à la face interne du boîtier BB.
  • La lentille externe LE est agencée de manière à assurer une seconde mise en forme des premiers photons qui sont issus de la lentille interne LI et à délivrer ces premiers photons mis en forme sur une face avant FV qui est au contact de l'air extérieur (et donc qui assure l'interface avec ce dernier). On comprendra que ces premiers photons qui sortent par la face avant FV sont ceux qui assurent, ici, au moins une fonction photométrique d'éclairage et/ou de signalisation.
  • La seconde source S2 est agencée de manière à délivrer des seconds photons dont les longueurs d'onde appartiennent au domaine infrarouge, en direction de la face arrière de la lentille externe LE (opposée à sa face avant FV), afin qu'ils coopèrent avec cette lentille externe LE.
  • Par exemple, cette seconde source S2 peut comprendre au moins une diode électroluminescente (ou LED) ou au moins une diode laser.
  • Egalement par exemple, cette seconde source S2 peut émettre des seconds photons ayant une longueur d'onde égale à 940 nm ou 1670 nm.
  • La lentille externe LE est de plus réalisée par bi-injection d'une première matière dans une partie centrale PC et d'une seconde matière dans une partie périphérique PP entourant au moins partiellement cette partie centrale PC, comme illustré sur les figures 1 et 2.
  • La première matière est transparente pour les premiers et seconds photons (et donc les laisse passer sans les absorber). Par exemple, elle peut avoir une couleur cristal. Egalement par exemple, il peut s'agir de polycarbonate (ou PC (notamment un « PC clear »)) ou de poly-méthacrylate de méthyle (ou PMMA) plexiglass.
  • La seconde matière absorbe les seconds photons pour produire de l'énergie thermique qui induit une augmentation de la température de la lentille externe LE propre à empêcher le dépôt de glace ou de neige sur sa face avant FV.
  • On comprendra que les seconds photons sont convertis en énergie thermique dans la masse (ou l'épaisseur) de la lentille externe LE, à la périphérie (PP) de cette dernière (LE), et cette énergie thermique se propage par conduction dans la masse (ou l'épaisseur) de la partie centrale PC en la réchauffant de façon assez homogène, permettant ainsi d'empêcher le dépôt de glace ou de neige sur sa face avant FV.
  • De préférence, et comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, la seconde matière peut avoir une couleur noire. Cela permet d'augmenter l'efficacité de la conversion des seconds photons en énergie thermique du fait que le noir absorbe l'énergie.
  • La seconde matière peut, par exemple, être identique à la première matière, à l'exception de sa couleur qui doit alors provoquer l'absorption des seconds photons infrarouges. Mais dans une variante la seconde matière pourrait être différente de la première matière (avec ou sans la même couleur que celle de cette dernière), et dans ce cas l'une des propriétés physiques est l'absorption des seconds photons infrarouges. Ainsi, il peut, par exemple, s'agir de polycarbonate (notamment un « PC black »)) ou de poly-méthacrylate de méthyle.
  • Egalement de préférence, et comme illustré non limitativement sur la figure 1, la partie périphérique PP de la lentille externe LE peut entourer entièrement la partie centrale PC. Cela permet d'augmenter l'efficacité du chauffage de la lentille externe LE, du fait que la conversion des seconds photons en énergie thermique se fait alors sur toute la périphérie de la lentille externe LE.
  • On notera, comme illustré non limitativement sur la figure 2, que la seconde source S2 peut être installée dans une zone qui est située de façon excentrée entre les lentilles interne LI et externe LE. Ce positionnement excentré par rapport à l'axe optique du bloc optique BO permet de rendre quasi-invisible de l'extérieur la seconde source S2, tout en évitant d'avoir à utiliser un autre réflecteur pour réfléchir les seconds photons vers la face arrière de la lentille externe LE.
  • On notera également, comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, que la face avant FV de la lentille externe LE peut être revêtue dans une partie au moins de la partie centrale PC de noir de fumée (ou de carbone) NF. Ce noir de fumée (ou de carbone) NF absorbe les seconds photons pour produire de l'énergie thermique qui induit une augmentation de la température de la lentille externe LE propre à empêcher le dépôt de glace ou de neige sur sa face avant FV. On comprendra que cela permet d'utiliser aussi pour le chauffage les seconds photons qui ne passent pas par la partie périphérique PP et qui seraient perdus car non absorbés par la première matière de la partie centrale PC. Cette option permet donc d'augmenter l'efficacité du chauffage de la lentille externe LE.
  • Pa exemple, le noir de fumée NF peut être injecté directement dans la première matière afin d'éviter qu'il ne soit endommagé par des agressions extérieures (pluie, neige, cailloux, lavages).
  • Par exemple, le fonctionnement de la seconde source S2 peut être déclenché dès que la température à l'extérieur du véhicule est inférieure à un seuil prédéfini. Par exemple, ce seuil peut être compris entre 3°C et 6°C.

Claims (10)

  1. Bloc optique (BO) destiné à équiper un véhicule et comprenant une première source (S1) délivrant des premiers photons dans le domaine visible, une lentille interne (LI) assurant une première mise en forme des premiers photons, une lentille externe (LE) assurant une seconde mise en forme des premiers photons issus de ladite lentille interne (LI) et délivrant ces premiers photons mis en forme sur une face avant (FV) au contact d'un air extérieur, et une seconde source (S2) délivrant des seconds photons dans le domaine infrarouge, caractérisé en ce que ladite lentille externe (LE) est réalisée par bi-injection dans une partie centrale (PC) d'une première matière transparente auxdits premiers et seconds photons, et dans une partie périphérique (PP) entourant au moins partiellement ladite partie centrale (PC) d'une seconde matière absorbant lesdits seconds photons pour produire de l'énergie thermique induisant une augmentation d'une température de ladite lentille externe (LE) propre à empêcher le dépôt de glace ou de neige sur ladite face avant (FV).
  2. Bloc optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite seconde matière a une couleur noire.
  3. Bloc optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite partie périphérique (PP) entoure entièrement ladite partie centrale (PC).
  4. Bloc optique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite seconde source (S2) est installée dans une zone située de façon excentrée, par rapport à un axe optique du bloc optique (BO), entre lesdites lentilles interne (LI) et externe (LE).
  5. Bloc optique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite seconde source (S2) émet des seconds photons ayant une longueur d'onde égale à 940 nm ou 1670 nm.
  6. Bloc optique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite seconde source (S2) comprend au moins une diode électroluminescente.
  7. Bloc optique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite face avant (FV) est revêtue dans une partie au moins de ladite partie centrale (PC) de noir de fumée (NF) absorbant lesdits seconds photons pour produire de l'énergie thermique induisant une augmentation de la température de ladite lentille externe (LE) propre à empêcher le dépôt de glace ou de neige sur ladite face avant (FV).
  8. Bloc optique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il constitue un projecteur assurant avec lesdits premiers photons délivrés par ladite face avant (FV) au moins une fonction photométrique d'éclairage et/ou de signalisation.
  9. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un bloc optique (BO) selon l'une des revendications précédentes.
  10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est de type automobile.
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